Tutkimus

ORC:n tutkimustoiminta voidaan jakaa kahteen tutkimusalueeseen, joita tutkii viisi läheistä yhteistyötä tekevää ryhmää.

Nanoteknologian tutkimusalue käsittää kattavan toimintaketjun alkaen puolijohdeheterorakenteiden valmistuksesta molekyylisuihkuepitaksialla (MBE), puolijohteiden rakenteelliset tutkimukset ja pintatutkimukset. Se sisältää myös optoelektronisten laitteiden prosessoinnin ja nanolitografian, samoin kuin laitteiden karakterisointiin liittyvät toiminnot.

Ultranopean ja tehokkaan optiikan tutkimusalue käsittää laserit ja muut uudenlaiset optiset laitteet, jotka eivät perustu vain puolijohdekomponentteihin kuten saturoituviin absorboiviin peileihin ja kiekkolaserit, vaan myös aktiivisiin optisiin kuituihin. Lisäksi tämä tutkimusalue kattaa femtosekuntipulssien ja kantoaaltoverhokäyrän vaihesynkronoinnin perustutkimuksen.

Pintatieteen laboratorio liittyi ORC:hen vuonna 2011 heijastaen pitkän tähtäimen visiotamme poikkitieteellisen tutkimuksen lisäämisestä. ORC:n tutkimusryhmät tekevät laajaa yhteistyötä toistensa kanssa; tämä on yksi vahvuuksistamme.

>> Lue julkaisujamme
>> Selaile projektilistaamme (englanniksi)
>> Tutustu yrityspalveluihimme

Tutkimusryhmät

ORC:llä on viisi läheistä yhteistyötä tekevää tutkimusryhmää.

• Puolijohdeteknologiaryhmä
• Ultranopean ja tehokkaan optiikan ryhmä
• Pintatieteen laboratorio
• Nanofotoniikkaryhmä
• Vaihestabiloidun femtosekuntioptiikan ryhmä

Puolijohdeteknologiaryhmä

Mircea Guina Professori

Professori Mircea Guinan johtamaan puolijohdeteknologiaryhmään kuuluu kuusi vanhempaa tutkijaa, 12 jatko-opiskelijaa, tutkimusapulaisia sekä teknisen tuen henkilöstö.

Ryhmän tavoitteena on yhdistää uusien III-V-puolijohdemateriaalien tutkimus, uusien nanoteknologiatyökalujen hyödyntäminen optoelektroniikkakomponenttien valmistuksessa ja optoelektronisten komponenttien kehittäminen huomioiden sovellutuksien asettamat tarpeet. Hyödyntämällä viiden molekyylisuihkuepitaksia (MBE) -kasvatuslaitteiston suomia mahdollisuuksia ryhmä pystyy valmistamaan monenlaisia GaAs-, InP- ja GaSb-teknologioihin pohjautuvia yhdistepuolijohdemateriaaleja. Ryhmä pyrkii säilyttämään johtavan aseman MBE-teknologian alalla kehittämällä jatkuvasti uusia tekniikoita saavuttaakseen läpimurtoja yhdistepuolijohdenanorakenteiden valmistuksessa (katso esim. Appl. Phys. Lett. 97, 173107, 2010). Puolijohdelaboratoriot sisältävät kaksi hyvin varusteltua puhdastilaa, jotka mahdollistavat korkealuokkaisten laserdiodien ja aurinkokennojen prosessoinnin ja paketoinnin.

Puolijohderyhmän tärkeimmät tutkimusalueet ovat:

• Laimeiden yhdistenitridien (InGaAsNSb) epitaksia
• Kvanttipisteiden epitaksia ennaltamäärättyihin kohtiin
• 2-3 μm aallonpituusalueella toimivien GaSb heterorakenteiden epitaksia
• Nanopainotekniikan (NIL) soveltaminen optoelektronisten komponenttien valmistuksessa
• Erittäin nopeiden laserdiodien kehittäminen televiestintäpalveluihin
• Suuritehoisten, kapean viivanleveyden omaavien silmäturvallisten laserdiodien kehittäminen LIDAR-sovellutuksiin
• Suuritehoisten puolijohdekiekkolasereiden (SDL) kehittäminen spektroskooppisiin sovellutuksiin (589 nm, 650 nm, 1120 nm, 1156 nm, 2 μm ja 2,3 μm)
• Korkean hyötysuhteen aurinkokennojen kehittäminen konsentraattorisovelluksiin

Puolijohderyhmän tutkimus toteutetaan usein osana Euroopan komission FP7-viitekehykseen kuuluvia konsortioita tai COST-yhteistyöverkostoja. Tutkimusta tehdään myös yhteistyössä teollisuuden tai korkeatasoisten kansainvälisten tutkimusryhmien kanssa Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Kiinassa.

>> Lisätietoa puolijohderyhmän englanninkielisiltä sivuilta

Ultranopean ja tehokkaan optiikan ryhmä

Oleg Okhotnikov Professori

Ultranopean ja tehokkaan optiikan ryhmää johtaa Prof. Oleg Okhotnikov ja siihen kuuluu yhdeksän tutkijaa.

Ryhmän tutkimus keskittyy ultranopeisiin optisiin ilmiöihin, epälineaariseen optiikkaan, puolijohdekiekkolasereihin, sekä aktiivisiin optisiin kuituihin ja kuitukomponentteihin, joita tarvitaan nopeasti kasvavissa sovelluksissa kuten materiaalin prosessoinnissa, lääketieteessä, biologiassa, näyttötekniikassa ja optisessa tietoliikenteessä. Tutkimukselle on ominaista vuorovaikutus kuituoptiikan ja puolijohdefysiikan välillä.

Ryhmällä on käytettävissä laaja valikoima korkeatasoisia optisia ja optoelektronisia laitteita ja instrumentteja, kuten kaupallisia ja itse valmistettuja ultranopeita säädettäviä lasereita, sekä uudenaikaisia prosessointi- ja karakterisointilaitteistoja. Tutkimusta tukee laaja kansainvälinen yhteistyö niin akatemian kuin alan teollisuudenkin piirissä.

Tutkimuksen tärkeimmät aihealueet:

• Ultranopeiden pulssien tuottaminen ja manipulointi MBE-kasvatettuilla saturoituvilla puolijohdeabsorbaattoripeileillä (engl. SESAM)
• Dispersion kompensointi puolijohteilla ja fotonikiderakenteilla
• Epälineaarisen optiikan tutkimus, kuten ultraleveän aallonpituuskaistan luominen (engl. supercontinuum) ja Raman-vahvistus
• Puolijohdekiekkolasereiden aallonpituuden ja tehon skaalaus
• Tehokkaat jatkuvatoimiset ja pulssitetut kuitulaserit ja vahvistimet materiaalin prosessointiin ja lasertutkasovelluksiin
• Optinen kuituteknologia, passiiviset kuitukomponentit
• Elektronisuihkutekniikkaan perustuva ohutkalvopinnoitus

>> Lisätietoa ryhmän englanninkielisiltä sivuilta

Pintatieteen laboratorio

Mika Valden Professori

Pintatiedelaboratoriota johtaa prof. Mika Valden. Ryhmässä on 12 tutkijaa.

Pintatieteen laboratorio tekee sekä perus- että sovellettua tutkimusta materiaalifysiikan ja kemiallisen fysiikan alueilla. Olemme erikoistuneet metalli- ja puolijohdemateriaalien pinta- ja rajapintailmiöiden kokeelliseen tutkimukseen. Tavoitteenamme on ymmärtää pintojen ja ympäristön välisiä vuorovaikutuksia molekyylitasolla sekä kehittää uusia materiaaleja muokkaamalla pintojen toiminnallisia ominaisuuksia nanomittakaavassa.

Pintatieteen laboratorio on mukana partnerina FIMECC Oy:n Demanding applications-teknologiaohjelmassa. FIMECC Oy on metallituotteet- ja koneenrakennusalan strategisen huippuosaamisen keskittymä (SHOK) – innovaatioyritys, jonka tehtävänä on yhdistää teollisuuden näkemys tulevaisuuden kilpailukyvyn lähteistä ja tutkimuslaitosten tutkimusosaaminen. Lisäksi meillä on vahva kokemustausta heterogeeniseen katalyysiin liittyvien pintailmiöiden tutkimuksesta. Teemme tutkimusprojektiemme ohella myös pienimuotoista teollisiin materiaaleihin liittyvää palvelututkimusta.

Tutkimusaiheitamme ovat mm.:

• Nanorakenteiset materiaalit ja nanotiede
• Pintaprosessien dynamiikka ja kinetiikka
• Metallimateriaalien pinta- ja rajapintafysiikka
• Metallimateriaalien biofunktionalisointi
• Toiminnalliset pinnoitteet
• Heterogeeniseen katalyysiin liittyvät pintaprosessit
• Opto- ja mikroelektroniikan materiaalit
• Uudet pinta-analyyttiset tutkimusvälineet ja -laitteistot

Laboratoriomme kokeellinen tutkimus perustuu ultrasuurtyhjiölaitteistoissa käytettäviin pintaherkkiin tutkimusmenetelmiin. Näitä ovat mm. elektronispektroskopia, pyyhkäisytunnelointimikroskopia, molekyylisuihkupintasironta, matalaenergisten elektronien diffraktio sekä terminen desorptiospektroskopia. Lisäksi varustukseemme kuluu erilaisia pinnan muokkaukseen ja pinnoitteiden syntetisointiin soveltuvia laitteita. Teemme tutkimustyötä myös synkrotronisäteilykeskus MAX-labissa (Lundin yliopisto, Ruotsi), missä käytettävissämme olevat pinta-analyyttiset tutkimuslaitteistot ovat kansainvälistä huipputasoa.

>> Lisätietoa pintatieteen laboratorion englanninkielisiltä sivuilta

Nanofotoniikkaryhmä

Tapio Niemi Professori

Nanofotoniikan tutkimusta ORC:llä johtaa prof. Tapio Niemi. Ryhmä koostuu yhdestä vanhemmasta tutkijasta ja neljästä jatko-opiskelijasta.

Nanofotoniikkaryhmän tutkimusalat ovat plasmoniikka, metamateriaalit, resonoivat nanorakenteet ja nanopartikkeleiden tuottaminen pulssilasereilla.

Ryhmän kokeelliset tekniikat käsittävät UV-nanopainolitografian, pulssilaserablaation ja valikoiman normaaleja nanovalmistus- ja -karakterisointimenetelmiä. Ryhmä myös toimii läheisessä yhteistyössä Puolijohdeteknologiaryhmän kanssa tarvitessaan kvanttikaivo- ja -pistennäytteitä. Viimeisimpänä tutkimuslaitteena ryhmä kehitti Raman-spektroskopiajärjestelmän.

Myös simulaatiot nanofotoniikkaryhmä tekee itse, käyttäen sekä kaupallisia että itse tehtyjä ohjelmia.

Seuraavassa muutama uusin tutkimusaiheemme

• Metallisten nanokartioiden valmistus nanopainolitografialla ja niiden lineaariset ja epälineaariset optiset ominaisuudet [Nano Lett. 2012]
• Toisen harmonisen generointi piinitridikalvoilla [Appl. Phys. Lett. 2012]
• Yksivaiheinen kulta-pii-nanopartikkelien valmistus pulssilaserablaatiolla nesteissä [Phys. Chem. Chem. Phys. 2012]
• Laajakaistaiset infrapunapeilit käyttäen aaltojohdemoodin resonanssia alle aallonpituuden germaniumhilassa [Opt. Lett. 2010]
• Jaksollisten plasmonisten rakenteiden säteilytehokkuuden parantaminen lasersovelluksiin [Opt. Comm. 2011]

>> Lisää tietoa ryhmämme englanninkielisiltä sivuilta

Vaihestabiloidun femtosekuntioptiikan ryhmä

Gunter Steinmeyer Professori

Vaihestabiloidun femtosekuntioptiikan ryhmä tutkii nimensä mukaisesti vaihestabiloitujen ja tehokkaiden femtosekunttipulssien tuottamista. Laboratorio perustettiin loppuvuodesta 2008 ja se kehittää vaihestabiloituun vahvistettuun lasersysteemiin ja siihen liitettyyn pulssinkompressointilaitteistoon perustuvaa pulssien generointijärjestelmää. Lyhytpulssioskillaattorin tuottamat 2,5-aallon nanojoulepulssit vahvistetaan mikrojouleluokkaan vähennetyllä 100 kHz toistotaajuudella.

Ensimmäisten toimintavuosiensa aikana laboratorio on keräännyt kattavan valikoiman uusimpia optoelektroniikan laitteita, esimerkiksi kaupallisen, lähes oktaavin alueen kattavan alle seitsemän femptosekunnin titaani-safiirilaserin, itse tehdyn vaihestabilointisysteemin, kustomoidun kryogeenisen jäähdytyskammion vahvistimelle, radiotaajuusjärjestelmiä signaalianalyysiin, ajoitukseen ja viiveiden generointiin, sekä femtosekuntiautokorrelaattorin.

Laboratoriota johtaa FiDiPro professori Günter Steinmeyer ja muut ryhmän jäsenet ovat tohtori Lasse Orsila ja tutkimusapulainen Janne Hyyti. Ryhmällä on hyvät yhteydet femtosekunttitutkimusyhteisöön ja kantoaaltoverhokäyrän vaihestabilaation suhteen se toimii läheisessä yhteistyössä saksalaisen Max-Born Instituutin kanssa.

>> Lisätietoa ryhmän englanninkielisiltä sivuilta